原子力発電所の配管減肉管理における局所減肉許容基準導入の検討
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カテゴリ: 第9回
1. はじめに
我が国の原子力発電所では、炭素鋼配管に発生する流 れ加速型腐食 (Flow Accelerated Corrosion、以下 FAC と言 う) 及び配管材料の種類に限定されず発生する液滴衝撃 エロージョン (Liquid Droplet Impingement、以下 LDI と言 う)に対し、その発生の可能性のある偏流部位を主として 超音波検査により肉厚測定を行い、許容基準に至るまで に取り替えることにより、配管の破損を防止する対応が 取られている。配管減肉管理における配管肉厚の許容基準は、1990 年 に関西電力(株)と三菱重工業(株)が PWR の配管減肉管理指 針を策定して以来、技術基準に定められた設計基準に基 づいて定められており、設計上で要求される必要最小厚 さが使われてきた。すなわち、この基準を使用すること により配管が一様に減肉したと仮定しても、この板厚ま では内圧に対し余裕を持って健全性が維持される。2006 年に日本機械学会が制定した配管減肉管理規格(PWR、 BWR)(12)は全て設計・建設規格”を許容基準としており、 一様減肉を想定した保守的な規定となっている。一方、配管減肉事象は比較的広範囲に減肉が進む FAC を原因とする場合でも、減肉範囲は局所に限定されるため、設計・建設規格に定められた必要最小厚さを割った としてもある程度までは健全性が維持される。もともと、 配管減肉は、機器が供用に入ってから生じる事象であり、 き裂発生の場合と同様に運転段階での基準である維持規 格々にその判断基準が示されるのが望ましい。すなわち、 維持規格ではき裂が検査で見つかった場合に対応できる 様に、き裂の寸法と進展量を評価し運転可能な期間の評 価と必要な検査の実施を行うための基準を定めている。 これと同様に、配管減肉の場合にも設計時の必要最小厚 さを割った場合に、その減肉面積と進展量に応じて、運 転可能期間と必要な措置を定めることが可能である。こ の様な考え方は、海外の多くの規格において既に取り入 れられており、、国内においてもその考え方を取り入れた 規格が原子力以外の分野で制定されている。 1. 本稿では、これらの局所減肉許容基準が導入された規 格について調査し、その違いを整理した。更にその違い が配管減肉管理においてどのような影響をもたらすかを 分析すると共に、我が国の配管減肉管理に局所減肉許容 基準を導入する場合の検討課題を明らかとした。
2. 我が国と海外の配管減肉管理の比較
2.1 我が国の原子力発電所の配管減肉管理規格 -日本における原子力配管の減肉管理は、日本機械学会343、(JSME) が発行した「配管減肉に関する技術規格 」(以下、 JSME 規格と呼ぶ) に沿って行われている。 対象設備は火 カ・PWR・BWR プラントである。Fig.1 に管理フローを 示す。その特徴は以下の通りである。・過去の試験データから有意な減肉傾向を示す配管系 統と部位を選定して試験範囲を決定 ・詳細測定をするか否かは判定基準厚さを元にスクリ ーニングを実施 | ・余寿命管理に基づいた運転継続可否の判断 ・余寿命を、測定時最小残存厚さと必要最小厚されたの 差を減肉率で割った値として算出 ・当該部の試験デーータから減肉率を算出試驗?象配管系統 及び部位の選定V試験実施時期の設定試験の実施Yes測定厚さ <判定基準類さ詳細測定V No減肉率の算出余寿命の算出No補修・取替余寿命>次期検査時までの期間YesFig.1 Flow sheet of pipe wall thinningmanagement in JSME codes2.2 我が国における局所滅肉許容基準を採用した 配管減肉管理規格 我が国の船舶用ボイラー配管の減肉管理は、日本海事 協会が発行した「舶用配管板厚減肉の設計、点検指針(2007 年版)」の(以下、海事協会規格と呼ぶ)に従って行われ ている。その特徴は次の通りであり、JSME の規格と米国機械学会の ASME Sec.XI, Code Case N-597-27を組み合わ せた規格となっている。・JSME 規格に沿った試験 ・ASME Section X, Code CaseN-597-2 を参考に、肉厚管 理に基づいた運転継続の判断 ・次期検査時までの期間を短縮した再評価の実施可 ・次回検査時での状態を予想した評価 ・局所減肉評価を実施するか否か、については必要最小厚されに基づくスクリーニングの実施・最低肉厚に対する要求あり ・試験データがない場合は実験式から減肉率を算出2.3 海外の配管減肉規格海外の配管減肉管理が我が国の管理と大きく異なる点 としては、Table 1 に示す様に、検査箇所の選定法と減肉 評価手法の2つが挙げられる。本稿では減肉評価手法、 特に局所減肉許容基準に焦点を当てて比較を行った。Table1 Comparison of pipe thinning management JSME規格海外規格 検査箇所の選定法 PWR:全数測定予測コードに基づく BWR:過去のデータに基代表測定づく代表測定 減肉評価手法 設計・建設規格に基づく | 減肉面積に対応した一様減肉を仮定した必要| 局所減肉許容基準を 最小厚さを適用使用以下、代表的な海外規格として次の4つについて調査 を行った。・ ASME Section XI, Code case N-597-2 ・原子力プラント機器設計・建設基準協会(AFCEN)のRSE-M 規格 ・英国規格協会(BSNの BS 7910 規格9 ・米国石油協会(APNの 579-1 規格(まず、JSME 規格をもとに、上記の4つの海外の減肉評 価規格を比較し主な相違点を抽出した。比較に際し、減 肉評価を行う上で重要となる次の6項目を選定した。1 適用範囲 2 肉厚(応力)評価 3 複数減肉の取扱い 4 減肉率の取扱い、34436 余寿命評価の取扱い 6 運転継続の判断基準比較した結果を Table 2にまとめた。Table2 Comparison of requirement in overseas codes規格名適用範囲最低肉厚ASME RSE-MBS 7910 API 579-1 N-597-2 米国 フランス英国米国 ・PWR/BWRプ| ・PWR プラン| 鋼構造物の 圧力機器 圧 ラントのクラス トのクラス 2,3 配管、圧力容 力容器、大型 1,2,3配管器(円筒型、 開放タンク) ・直管(突合せ ・直管・90°曲 型 溶接部含む)・エ ルボ・レデュー サ・分岐管継手 最低肉厚要求」最低肉厚要求最低肉厚要」最低肉厚要求 (クラス別加あり あり求あり(評価レベル別)あり 許容肉厚及び許 | 許容肉厚 許容応力 許容応力及び 容応力余寿命 複数個の減肉の 単...の減肉の | 複数個の減 レベル1の評 相関性を評価肉の相関性 価以外は複数 を評価個の減肉の相関性を評価 記載なし 記載なし記載なし 記載なし 記載なし記載なし 記載なし 記載あり要求局が許容 基準複数域肉滅肉率余寿命 評価判断許容基準を満足 | 許容基準を満 許容基準を| 許容基準及び 足すれば運転 | 満足すれば、 余寿命評価を満足すれば運 運転期間を短縮転科続可 することも可圧力を下げて 運転すること3. 海外の局所減肉許容基準の比較3.1 海外規格における局所減肉許容基準の比較 ・海外規格における局所減肉許容基準は、Table 2 に示す 通り判断するパラメータがそれぞれ異なるため、規格の 許容値をそのまま比較することは難しい。 - Fig.2 に一例として ASME N-597-2 に基づく配管減肉評 価のフローを示す。ASME 規格では、次回検査時の予測減肉厚さい。 と減肉部に加わる軸方向応力 S, を用いて、配管のクラス分類、配管要素の種類、減肉箇所の数と面 積に応じた許容肉厚と許容応力に関する基準が設定され ており、それを満足するかどうかで運転継続の判断がな される。試験の実施V次期検査時での減肉 予測(tの決定)Yest> 0.875thromNoV次期検査時まで の期間短縮補修・取替局所蔵肉許容 基準の設定VNoNoた。及びS> 許容板厚及び応力VYes(trom:公称板厚、S :減肉部に加わる軸方向応力)Fig.2 Flow sheet of pipe wall thinning managementin ASME Code case N597-2補修・取替No3.2 海外規格における余寿命評価法の比較Table3 に国内外規格における余寿命評価法を比較した。 この図に示すように、JSME 規格と API 579-1 には、余寿 命評価に関する規定がある。しかし、ASME N-597-2、 RSE-M、BS 7910 においては、減肉率に基づく寿命予測 に関する規定はない。Table 3 Comparison of residual life evaluationin overseas codes 1 | 規定 |余寿命 ASME なし| |-- x 1.14 41 或いは wtw - ' _ x 1.14 N-597-2RSE-Mなし1 on -1x1.14BS 7910なし該当するなしAPIありtid - RSF, 1 min““M, -RSFー)x1.14579-1(M, :Folias 係数、RSF。:許容残存強度係数)345*最大減肉率kの単位が mm/hr のため、時間のパラメー タを算出する際、単位を hr から year に変換するため 1.14 を掛けた。海外規格の局所減肉許容基準の配管減肉管理に対する 影響を評価するため、JSME 規格の余寿命の算出法を参考 として、ASME N-597-2、RSE-M における、測定時最小残存厚さtresia と局所許容基準値t alo(または ta)との差を最大減肉率 k で割って余寿命を算出し、余寿命評価の定 量的な比較を試みた。BS 7910 においては、許容応力が定められているものの、 どの応力の値と比較すれば良いかに関する記載がない。 このため、余寿命を算出できないので比較対象に入れて いない。4. 国内外規格における余寿命評価の比較4.1 評価対象系統の選定 * 代表的な国内 PWR 原子力発電所の主要系統として、 次の配管系統(仕様)を選定した。 1 給水系統 ・最高使用圧力 12Mpa・最高使用温度 200°C ・公称寸法 大口径 812.8mm×56.0mm中口径 609.6mm×54.0mm小口径 406.4mm×21.4mm・材料 SB410(小口径は STPT370) 2 復水系統 ・最高使用圧力 1.4Mpa・最高使用温度 200°C ・公称寸法 大口径 711.2mm×12.0mm中口径 508.0mm×12.0mm小口径 318.5mm×10.3mm ・材料 SB410(小口径は STPT480)4.2 評価手順 4.2.1 減肉条件の設定 ・減肉形状:半楕円体を仮定し、かつ公称板厚の厚さでの減肉面積の時間変化は考慮しない ・円周方向の減肉幅:角度 10° 、20°、30° ・軸方向の減肉幅:50mm、100mm、150mm ・最大減肉率:JSME 規格のPWR 初期設定減肉率(復水管 0.77mm/hr、給水管 0.94mm/hr) ・周辺に補強必要領域や溶接部の無い直管部で単一箇所の減肉を仮定する 一様減肉と組み合わせて考慮しない 荷重は内圧のみとする 定期検査は1年ごとに実施するものとする4.2.2 比較評価の手順 1配管仕様、減肉条件、材料強度の設定 国内外規格共通に設定した 最小引張強さは JSME 規格の値を使用し、安全係数は 4とした 3 運転開始からの経過時間 t (年)は1年毎に最大 58年分の減肉進展を計算した 1 各規格の局所減肉許容基準に基づいて、減肉面積に 応じた局所減肉許容厚さを計算し、余寿命を評価した 5 ASME 規格の場合は、Fig.3 に示すように最小必要厚 さを下回る範囲の面積を減肉面積としているAxial directionexcept ASME ---- ASME......Fig.3 Definition of thinning area4.3 評価結果 4.3.1 配管系統による余寿命の相違 * 給水系統と復水系統(いずれも大口径)の余寿命の推 移を Fig.4 及び Fig.5 に示す。いずれも減肉面積が小さい(109,50mm)場合である。miss. JSMEASMEN-897-2RSE-M・AP1579-1Residual Life (year)113579 11 13 15 17 19 21 28 25 27 29 31 3353739Periods of Operation (year)Fig.4 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Feed water system (Large size pipe)346、ASME N-697canRSE MResidual Life (year)(AP1679-1!1 3 311 13 15 Periods of Operation (ycar) Fig.5 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Condensate water system (Large size pipe)この結果から、高圧で肉厚の大きな給水系統では低圧 の復水系統と比べ、局所減肉許容基準の導入により余寿 命が大幅に長くなることが示された。また、海外の規格 同士の余寿命の相違は比較的小さいことが示された。ここで、ASME 規格の余寿命の傾向が他の規格と異な るのは、Fig.3 に示した減肉面積の定義の違いによるもの である。4.3.2 配管口径による余寿命の相違給水系統において小口径の場合の余寿命の推移を Fig.6 に示す。この場合も減肉面積が小さい(109,50mm) | 場合である。Fig.4 と Fig.6 を比較することにより、給水系統におい ては小口径でも局所減肉許容基準の導入により余寿命 が大幅に長くなることが示された。また、同様に海外の 規格同士の余寿命の相違は比較的小さいことが示されavef- JSMEs-ABMEN607-2 soress RSE-MResidual Life (year)snow AV1619-111359 _ 11 18 15Periods of Operation (year) Fig.6 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Feed water system (Small size pipe)復水系統における小口径の場合の余寿命の推移を Fig.7 に示す。この場合も減肉面積が小さい(109,50mm) 場合である。 - Fig.5 と Fig.7 を比較することにより、復水系統におい ては配管口径に関わらず局所減肉許容基準の導入によ る余寿命の延長は給水系統に比べて小さいことが示さ れた。また、同様に海外の規格同士の余寿命の相違は小 さいことが示された。JSMEASMENmarkSEMpress. AP1579-1Residual Life (year)1 357911_1315Periods of Operation (year)Fig. 7 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Condensate water system (Small size pipe)4.3.3 減肉面積による余寿命の相違 - 給水系統において減肉面積が大きい(309,150mm)場合 の余寿命の推移を Fig.8 と Fig.9 に示す。Fig.8 と Fig.9を前述の Fig.4 及び Fig.6 と比較すること により、減肉面積が大きくなると配管口径に関わらず、 海外規格の余寿命評価結果はJSME規格の値に近づくこ とが示された。また、同様に海外の規格同士の余寿命の 相違は比較的小さいことが示された。JSMEASMEN 507-2 RSE-McomResidual Life (year)150gAP1 579-1135 7 911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 3335 37 39Periods of Operation (year) Fig.8 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Feed water system (Large size pipe and Large thinning area)JSMEASMEN-597kupR8E-MResidual Life (year)amusion. API 5791135 9 11 13 15Periods of Operation (year)Fig. 9 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Feed water system (Small size pipe and Large thinning area)5. 局所滅肉許容基準導入時の検討課題局所滅肉評価基準の導入は、配管減肉管理における詳 細測定で得られた減肉面積測定記録を活用することに より、余寿命評価において大きな余裕が得られるため、 海外の多くの規格に取り入れられている。また、評価対 象とする配管のクラス分類、配管要素(直管、エルボ、 レデューサ、T字管)や荷重 (内圧、曲げ荷重)の種類、 複数減肉の場合の相関性などを考慮した、より詳細な規 格から比較的簡便な規格まで、用途に応じた様々な規格 が作られている。その主な相違については、第 2 章の Table 2 に整理した。我が国の原子力発電所の配管減肉管理において局所 減肉許容基準の導入を検討する際には、我が国独自の新 たな規格を作成するという道もあるが、全ての項目を検 証して規格を策定するには多くの労力と時間が必要と なる。また、構造基準体系の整合性や国際統一化を考慮 すれば、原子力発電所やボイラー設備などに適用する場 合には、ASME 規格を、石油関係の配管設備に適用する 場合には API規格の導入について検討するのが、今後の 選択すべき方向であると考えられる。6. まとめ1. 本稿では、海外の配管減肉管理規格を調査し、導入さ れている局所減肉許容基準の相違点を整理した。更にそ の違いが配管減肉管理においてどのような影響をもたら すかを余寿命評価の結果を比較することにより分析した。その結果、局所減肉許容基準の導入は、配管肉厚の大 きな高圧の系統(例えばPWR では給水系統など)におい て余寿命が大きく延長されることが示された。また、こ れら局所減肉許容基準を導入している海外の規格間の余 寿命評価結果の差は比較的小さいことが示された。 * 今回の比較は直管部における内圧荷重に限定した単一 箇所の半楕円形状の減肉を仮定した板厚評価に対するも のであり、限定された評価である。海外規格の要求には、 応力評価や最低肉厚要求、複数減肉の相関など大きな相 違があることも明らかとなった。今後我が国の原子力発電所の設備の保全管理を適切に 行い、原子力発電所のシステム安全を確保していく上で、 これら海外の局所減肉許容基準を詳細に比較検討してそ の導入を図ることが重要な課題である。参考文献 [1]日本機械学会 「発電用原子力設備規格 沸騰水型原子力発電所 配管減肉管理に関する技術規格(2006年版)JSME S NH1-2006」 [2]日本機械学会「発電用原子力設備規格 加圧水型原子力発電所 配管減肉管理に関する技術規格(2006年版)JSME SNG1-2006」 [3]日本機械学会「発電用原子力設備規格 設計・建設規格(2011 年版) JSMES NC1-2011 」 [4]日本機械学会「発電用原子力設備規格 維持規格(2011年版) JSMES NA1-2011 」 [S]稲田文夫,日本機械学会 2011 年度年次大会DVD-ROM 論文集(2011.9.11-14) F082005 減肉配管強度評価判断基準に関する知見適用化の取り組み 「0日本海事協会「舶用配管板厚減肉の設計、点検指針(2007年版)」 [7]ASME SectionXI,CaseN-597-2「Requirements for AnalyticalEvaluation of Pipe Wall Thinning(2003 年版)」 [8]RSE-M Appendix5.3 III.2 TIN-SERVICE INSPECTIONRULES FOR THE MECHANICAL COMPONENTS OF PWR NUCLEAR ISLANDS(2005年版)」 [9] BS-7900 Annex G The assessment of corrosion in pipes - and pressure vessels(2005年版)」 [10] API 579-1/ASME Fitness for service-1 PARTS 「ASSESSMENT OF LOCAL METALLOSS (2007年版)」(平成24年6月25日)348 -“ “原子力発電所の配管減肉管理における局所減肉許容基準導入の検討“ “中村 隆夫,Takao NAKAMURA,茨 崇史,Takashi IBARA
我が国の原子力発電所では、炭素鋼配管に発生する流 れ加速型腐食 (Flow Accelerated Corrosion、以下 FAC と言 う) 及び配管材料の種類に限定されず発生する液滴衝撃 エロージョン (Liquid Droplet Impingement、以下 LDI と言 う)に対し、その発生の可能性のある偏流部位を主として 超音波検査により肉厚測定を行い、許容基準に至るまで に取り替えることにより、配管の破損を防止する対応が 取られている。配管減肉管理における配管肉厚の許容基準は、1990 年 に関西電力(株)と三菱重工業(株)が PWR の配管減肉管理指 針を策定して以来、技術基準に定められた設計基準に基 づいて定められており、設計上で要求される必要最小厚 さが使われてきた。すなわち、この基準を使用すること により配管が一様に減肉したと仮定しても、この板厚ま では内圧に対し余裕を持って健全性が維持される。2006 年に日本機械学会が制定した配管減肉管理規格(PWR、 BWR)(12)は全て設計・建設規格”を許容基準としており、 一様減肉を想定した保守的な規定となっている。一方、配管減肉事象は比較的広範囲に減肉が進む FAC を原因とする場合でも、減肉範囲は局所に限定されるため、設計・建設規格に定められた必要最小厚さを割った としてもある程度までは健全性が維持される。もともと、 配管減肉は、機器が供用に入ってから生じる事象であり、 き裂発生の場合と同様に運転段階での基準である維持規 格々にその判断基準が示されるのが望ましい。すなわち、 維持規格ではき裂が検査で見つかった場合に対応できる 様に、き裂の寸法と進展量を評価し運転可能な期間の評 価と必要な検査の実施を行うための基準を定めている。 これと同様に、配管減肉の場合にも設計時の必要最小厚 さを割った場合に、その減肉面積と進展量に応じて、運 転可能期間と必要な措置を定めることが可能である。こ の様な考え方は、海外の多くの規格において既に取り入 れられており、、国内においてもその考え方を取り入れた 規格が原子力以外の分野で制定されている。 1. 本稿では、これらの局所減肉許容基準が導入された規 格について調査し、その違いを整理した。更にその違い が配管減肉管理においてどのような影響をもたらすかを 分析すると共に、我が国の配管減肉管理に局所減肉許容 基準を導入する場合の検討課題を明らかとした。
2. 我が国と海外の配管減肉管理の比較
2.1 我が国の原子力発電所の配管減肉管理規格 -日本における原子力配管の減肉管理は、日本機械学会343、(JSME) が発行した「配管減肉に関する技術規格 」(以下、 JSME 規格と呼ぶ) に沿って行われている。 対象設備は火 カ・PWR・BWR プラントである。Fig.1 に管理フローを 示す。その特徴は以下の通りである。・過去の試験データから有意な減肉傾向を示す配管系 統と部位を選定して試験範囲を決定 ・詳細測定をするか否かは判定基準厚さを元にスクリ ーニングを実施 | ・余寿命管理に基づいた運転継続可否の判断 ・余寿命を、測定時最小残存厚さと必要最小厚されたの 差を減肉率で割った値として算出 ・当該部の試験デーータから減肉率を算出試驗?象配管系統 及び部位の選定V試験実施時期の設定試験の実施Yes測定厚さ <判定基準類さ詳細測定V No減肉率の算出余寿命の算出No補修・取替余寿命>次期検査時までの期間YesFig.1 Flow sheet of pipe wall thinningmanagement in JSME codes2.2 我が国における局所滅肉許容基準を採用した 配管減肉管理規格 我が国の船舶用ボイラー配管の減肉管理は、日本海事 協会が発行した「舶用配管板厚減肉の設計、点検指針(2007 年版)」の(以下、海事協会規格と呼ぶ)に従って行われ ている。その特徴は次の通りであり、JSME の規格と米国機械学会の ASME Sec.XI, Code Case N-597-27を組み合わ せた規格となっている。・JSME 規格に沿った試験 ・ASME Section X, Code CaseN-597-2 を参考に、肉厚管 理に基づいた運転継続の判断 ・次期検査時までの期間を短縮した再評価の実施可 ・次回検査時での状態を予想した評価 ・局所減肉評価を実施するか否か、については必要最小厚されに基づくスクリーニングの実施・最低肉厚に対する要求あり ・試験データがない場合は実験式から減肉率を算出2.3 海外の配管減肉規格海外の配管減肉管理が我が国の管理と大きく異なる点 としては、Table 1 に示す様に、検査箇所の選定法と減肉 評価手法の2つが挙げられる。本稿では減肉評価手法、 特に局所減肉許容基準に焦点を当てて比較を行った。Table1 Comparison of pipe thinning management JSME規格海外規格 検査箇所の選定法 PWR:全数測定予測コードに基づく BWR:過去のデータに基代表測定づく代表測定 減肉評価手法 設計・建設規格に基づく | 減肉面積に対応した一様減肉を仮定した必要| 局所減肉許容基準を 最小厚さを適用使用以下、代表的な海外規格として次の4つについて調査 を行った。・ ASME Section XI, Code case N-597-2 ・原子力プラント機器設計・建設基準協会(AFCEN)のRSE-M 規格 ・英国規格協会(BSNの BS 7910 規格9 ・米国石油協会(APNの 579-1 規格(まず、JSME 規格をもとに、上記の4つの海外の減肉評 価規格を比較し主な相違点を抽出した。比較に際し、減 肉評価を行う上で重要となる次の6項目を選定した。1 適用範囲 2 肉厚(応力)評価 3 複数減肉の取扱い 4 減肉率の取扱い、34436 余寿命評価の取扱い 6 運転継続の判断基準比較した結果を Table 2にまとめた。Table2 Comparison of requirement in overseas codes規格名適用範囲最低肉厚ASME RSE-MBS 7910 API 579-1 N-597-2 米国 フランス英国米国 ・PWR/BWRプ| ・PWR プラン| 鋼構造物の 圧力機器 圧 ラントのクラス トのクラス 2,3 配管、圧力容 力容器、大型 1,2,3配管器(円筒型、 開放タンク) ・直管(突合せ ・直管・90°曲 型 溶接部含む)・エ ルボ・レデュー サ・分岐管継手 最低肉厚要求」最低肉厚要求最低肉厚要」最低肉厚要求 (クラス別加あり あり求あり(評価レベル別)あり 許容肉厚及び許 | 許容肉厚 許容応力 許容応力及び 容応力余寿命 複数個の減肉の 単...の減肉の | 複数個の減 レベル1の評 相関性を評価肉の相関性 価以外は複数 を評価個の減肉の相関性を評価 記載なし 記載なし記載なし 記載なし 記載なし記載なし 記載なし 記載あり要求局が許容 基準複数域肉滅肉率余寿命 評価判断許容基準を満足 | 許容基準を満 許容基準を| 許容基準及び 足すれば運転 | 満足すれば、 余寿命評価を満足すれば運 運転期間を短縮転科続可 することも可圧力を下げて 運転すること3. 海外の局所減肉許容基準の比較3.1 海外規格における局所減肉許容基準の比較 ・海外規格における局所減肉許容基準は、Table 2 に示す 通り判断するパラメータがそれぞれ異なるため、規格の 許容値をそのまま比較することは難しい。 - Fig.2 に一例として ASME N-597-2 に基づく配管減肉評 価のフローを示す。ASME 規格では、次回検査時の予測減肉厚さい。 と減肉部に加わる軸方向応力 S, を用いて、配管のクラス分類、配管要素の種類、減肉箇所の数と面 積に応じた許容肉厚と許容応力に関する基準が設定され ており、それを満足するかどうかで運転継続の判断がな される。試験の実施V次期検査時での減肉 予測(tの決定)Yest> 0.875thromNoV次期検査時まで の期間短縮補修・取替局所蔵肉許容 基準の設定VNoNoた。及びS> 許容板厚及び応力VYes(trom:公称板厚、S :減肉部に加わる軸方向応力)Fig.2 Flow sheet of pipe wall thinning managementin ASME Code case N597-2補修・取替No3.2 海外規格における余寿命評価法の比較Table3 に国内外規格における余寿命評価法を比較した。 この図に示すように、JSME 規格と API 579-1 には、余寿 命評価に関する規定がある。しかし、ASME N-597-2、 RSE-M、BS 7910 においては、減肉率に基づく寿命予測 に関する規定はない。Table 3 Comparison of residual life evaluationin overseas codes 1 | 規定 |余寿命 ASME なし| |-- x 1.14 41 或いは wtw - ' _ x 1.14 N-597-2RSE-Mなし1 on -1x1.14BS 7910なし該当するなしAPIありtid - RSF, 1 min““M, -RSFー)x1.14579-1(M, :Folias 係数、RSF。:許容残存強度係数)345*最大減肉率kの単位が mm/hr のため、時間のパラメー タを算出する際、単位を hr から year に変換するため 1.14 を掛けた。海外規格の局所減肉許容基準の配管減肉管理に対する 影響を評価するため、JSME 規格の余寿命の算出法を参考 として、ASME N-597-2、RSE-M における、測定時最小残存厚さtresia と局所許容基準値t alo(または ta)との差を最大減肉率 k で割って余寿命を算出し、余寿命評価の定 量的な比較を試みた。BS 7910 においては、許容応力が定められているものの、 どの応力の値と比較すれば良いかに関する記載がない。 このため、余寿命を算出できないので比較対象に入れて いない。4. 国内外規格における余寿命評価の比較4.1 評価対象系統の選定 * 代表的な国内 PWR 原子力発電所の主要系統として、 次の配管系統(仕様)を選定した。 1 給水系統 ・最高使用圧力 12Mpa・最高使用温度 200°C ・公称寸法 大口径 812.8mm×56.0mm中口径 609.6mm×54.0mm小口径 406.4mm×21.4mm・材料 SB410(小口径は STPT370) 2 復水系統 ・最高使用圧力 1.4Mpa・最高使用温度 200°C ・公称寸法 大口径 711.2mm×12.0mm中口径 508.0mm×12.0mm小口径 318.5mm×10.3mm ・材料 SB410(小口径は STPT480)4.2 評価手順 4.2.1 減肉条件の設定 ・減肉形状:半楕円体を仮定し、かつ公称板厚の厚さでの減肉面積の時間変化は考慮しない ・円周方向の減肉幅:角度 10° 、20°、30° ・軸方向の減肉幅:50mm、100mm、150mm ・最大減肉率:JSME 規格のPWR 初期設定減肉率(復水管 0.77mm/hr、給水管 0.94mm/hr) ・周辺に補強必要領域や溶接部の無い直管部で単一箇所の減肉を仮定する 一様減肉と組み合わせて考慮しない 荷重は内圧のみとする 定期検査は1年ごとに実施するものとする4.2.2 比較評価の手順 1配管仕様、減肉条件、材料強度の設定 国内外規格共通に設定した 最小引張強さは JSME 規格の値を使用し、安全係数は 4とした 3 運転開始からの経過時間 t (年)は1年毎に最大 58年分の減肉進展を計算した 1 各規格の局所減肉許容基準に基づいて、減肉面積に 応じた局所減肉許容厚さを計算し、余寿命を評価した 5 ASME 規格の場合は、Fig.3 に示すように最小必要厚 さを下回る範囲の面積を減肉面積としているAxial directionexcept ASME ---- ASME......Fig.3 Definition of thinning area4.3 評価結果 4.3.1 配管系統による余寿命の相違 * 給水系統と復水系統(いずれも大口径)の余寿命の推 移を Fig.4 及び Fig.5 に示す。いずれも減肉面積が小さい(109,50mm)場合である。miss. JSMEASMEN-897-2RSE-M・AP1579-1Residual Life (year)113579 11 13 15 17 19 21 28 25 27 29 31 3353739Periods of Operation (year)Fig.4 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Feed water system (Large size pipe)346、ASME N-697canRSE MResidual Life (year)(AP1679-1!1 3 311 13 15 Periods of Operation (ycar) Fig.5 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Condensate water system (Large size pipe)この結果から、高圧で肉厚の大きな給水系統では低圧 の復水系統と比べ、局所減肉許容基準の導入により余寿 命が大幅に長くなることが示された。また、海外の規格 同士の余寿命の相違は比較的小さいことが示された。ここで、ASME 規格の余寿命の傾向が他の規格と異な るのは、Fig.3 に示した減肉面積の定義の違いによるもの である。4.3.2 配管口径による余寿命の相違給水系統において小口径の場合の余寿命の推移を Fig.6 に示す。この場合も減肉面積が小さい(109,50mm) | 場合である。Fig.4 と Fig.6 を比較することにより、給水系統におい ては小口径でも局所減肉許容基準の導入により余寿命 が大幅に長くなることが示された。また、同様に海外の 規格同士の余寿命の相違は比較的小さいことが示されavef- JSMEs-ABMEN607-2 soress RSE-MResidual Life (year)snow AV1619-111359 _ 11 18 15Periods of Operation (year) Fig.6 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Feed water system (Small size pipe)復水系統における小口径の場合の余寿命の推移を Fig.7 に示す。この場合も減肉面積が小さい(109,50mm) 場合である。 - Fig.5 と Fig.7 を比較することにより、復水系統におい ては配管口径に関わらず局所減肉許容基準の導入によ る余寿命の延長は給水系統に比べて小さいことが示さ れた。また、同様に海外の規格同士の余寿命の相違は小 さいことが示された。JSMEASMENmarkSEMpress. AP1579-1Residual Life (year)1 357911_1315Periods of Operation (year)Fig. 7 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Condensate water system (Small size pipe)4.3.3 減肉面積による余寿命の相違 - 給水系統において減肉面積が大きい(309,150mm)場合 の余寿命の推移を Fig.8 と Fig.9 に示す。Fig.8 と Fig.9を前述の Fig.4 及び Fig.6 と比較すること により、減肉面積が大きくなると配管口径に関わらず、 海外規格の余寿命評価結果はJSME規格の値に近づくこ とが示された。また、同様に海外の規格同士の余寿命の 相違は比較的小さいことが示された。JSMEASMEN 507-2 RSE-McomResidual Life (year)150gAP1 579-1135 7 911 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 3335 37 39Periods of Operation (year) Fig.8 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Feed water system (Large size pipe and Large thinning area)JSMEASMEN-597kupR8E-MResidual Life (year)amusion. API 5791135 9 11 13 15Periods of Operation (year)Fig. 9 Residual life evaluation by JSME and overseas codesin Feed water system (Small size pipe and Large thinning area)5. 局所滅肉許容基準導入時の検討課題局所滅肉評価基準の導入は、配管減肉管理における詳 細測定で得られた減肉面積測定記録を活用することに より、余寿命評価において大きな余裕が得られるため、 海外の多くの規格に取り入れられている。また、評価対 象とする配管のクラス分類、配管要素(直管、エルボ、 レデューサ、T字管)や荷重 (内圧、曲げ荷重)の種類、 複数減肉の場合の相関性などを考慮した、より詳細な規 格から比較的簡便な規格まで、用途に応じた様々な規格 が作られている。その主な相違については、第 2 章の Table 2 に整理した。我が国の原子力発電所の配管減肉管理において局所 減肉許容基準の導入を検討する際には、我が国独自の新 たな規格を作成するという道もあるが、全ての項目を検 証して規格を策定するには多くの労力と時間が必要と なる。また、構造基準体系の整合性や国際統一化を考慮 すれば、原子力発電所やボイラー設備などに適用する場 合には、ASME 規格を、石油関係の配管設備に適用する 場合には API規格の導入について検討するのが、今後の 選択すべき方向であると考えられる。6. まとめ1. 本稿では、海外の配管減肉管理規格を調査し、導入さ れている局所減肉許容基準の相違点を整理した。更にそ の違いが配管減肉管理においてどのような影響をもたら すかを余寿命評価の結果を比較することにより分析した。その結果、局所減肉許容基準の導入は、配管肉厚の大 きな高圧の系統(例えばPWR では給水系統など)におい て余寿命が大きく延長されることが示された。また、こ れら局所減肉許容基準を導入している海外の規格間の余 寿命評価結果の差は比較的小さいことが示された。 * 今回の比較は直管部における内圧荷重に限定した単一 箇所の半楕円形状の減肉を仮定した板厚評価に対するも のであり、限定された評価である。海外規格の要求には、 応力評価や最低肉厚要求、複数減肉の相関など大きな相 違があることも明らかとなった。今後我が国の原子力発電所の設備の保全管理を適切に 行い、原子力発電所のシステム安全を確保していく上で、 これら海外の局所減肉許容基準を詳細に比較検討してそ の導入を図ることが重要な課題である。参考文献 [1]日本機械学会 「発電用原子力設備規格 沸騰水型原子力発電所 配管減肉管理に関する技術規格(2006年版)JSME S NH1-2006」 [2]日本機械学会「発電用原子力設備規格 加圧水型原子力発電所 配管減肉管理に関する技術規格(2006年版)JSME SNG1-2006」 [3]日本機械学会「発電用原子力設備規格 設計・建設規格(2011 年版) JSMES NC1-2011 」 [4]日本機械学会「発電用原子力設備規格 維持規格(2011年版) JSMES NA1-2011 」 [S]稲田文夫,日本機械学会 2011 年度年次大会DVD-ROM 論文集(2011.9.11-14) F082005 減肉配管強度評価判断基準に関する知見適用化の取り組み 「0日本海事協会「舶用配管板厚減肉の設計、点検指針(2007年版)」 [7]ASME SectionXI,CaseN-597-2「Requirements for AnalyticalEvaluation of Pipe Wall Thinning(2003 年版)」 [8]RSE-M Appendix5.3 III.2 TIN-SERVICE INSPECTIONRULES FOR THE MECHANICAL COMPONENTS OF PWR NUCLEAR ISLANDS(2005年版)」 [9] BS-7900 Annex G The assessment of corrosion in pipes - and pressure vessels(2005年版)」 [10] API 579-1/ASME Fitness for service-1 PARTS 「ASSESSMENT OF LOCAL METALLOSS (2007年版)」(平成24年6月25日)348 -“ “原子力発電所の配管減肉管理における局所減肉許容基準導入の検討“ “中村 隆夫,Takao NAKAMURA,茨 崇史,Takashi IBARA